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mallocでメモリを確保して操作する様子を、ヒープを直に見ることで、観察する(Visual Studio 2017を使って)

Last updated at Posted at 2019-01-01

プログラミングがよくわからん。今まで付け焼き刃でやってきたけど、もう限界。よし、基礎から勉強しよう。しかし元旦にやることじゃないよなー、ってもう2日か。しかし、思い立ったが吉日なのである!

目的

メモリ(仮想かもしれません)への書き込みをじかに見ることで、結局コードを実行するということは「メモリ(プログラム領域を含む)とCPUとのやりとり」なんだな、と1階層下の事象に落とし込む。

概要

mallocしたときのポインタの値を見て、Visual StudioのDebugメニューのMemory windowを表示して、その値をアドレスバーに入れると、直にそのメモリ位置のダンプが見えます。その状態でポインタを使うコードをステップ実行して、様子を見ます。

準備

ビルドおよび C++ コンソール アプリ プロジェクトの実行 | Microsoft Docs

書かれているとおりにすればできます。

方法

コーディングの準備をする

Start Page - Microsoft Visual Studio 2019-01-02 03.57.04.png

新規プロジェクトを作成します。

New Project 2019-01-02 03.59.36.png

コンソールアプリを選びます。

コーディングする

プログラムの概要
  • コンソール上で文字列を入力すると、入力した文字列が出力されます
  • 内部では、あらかじめmallocでヒープに100バイトの領域を確保し、入力された文字列をそこへ入れ、出力し、最後に解放します。
ソースコード
#include "pch.h"
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <malloc.h>  // _msize()を使うのに必要

int main()
{
    char *str;

    /* 文字列のためのメモリを確保 */
    str = (char *)malloc(100);
    if (str == NULL) {
        printf("メモリが確保できません\n");
        exit(1);
    }

    /* 文字列を入力 */
    std::cin.getline(str, _msize(str));
    //std::cin.getline(str, sizeof(str));
    // こっちだと3文字しか表示されません
    // ポインタのサイズ(この場合は4バイト=32ビット、つまり32ビット環境)
    // を返してしまっているからです
    // (最後の1バイトは終端文字に使われている)

    /* 文字列の表示 */
    puts(str);

    /* メモリの解放 */
    free(str);

    return 0;
}

なぜsizeof()では駄目なのか?は以下のページでわかりやすく説明されています。

せりか式 - C 言語チュートリアル - sizeof演算子

malloc_usable_size()が使えない理由はこちらです。

[故]ぶろぐ: mallocで確保したサイズを後から取得する。

プログラムを実行する

ConsoleApplication2 - Microsoft Visual Studio 2019-01-02 04.07.16.png

ブレークポイントを置いて、ローカルでバッグ実行します。

2019年1月2日.PNG

ステップ実行する前に、メモリウィンドウを開きます。

ステップ実行します。

ConsoleApplication2 (Debugging) - Microsoft Visual Studio 2019-01-02 04.14.15.png

mallocでヒープメモリに確保された領域の先頭のアドレスが出てきました。そこを見てみましょう

ConsoleApplication2 (Debugging) - Microsoft Visual Studio 2019-01-02 04.16.51.png

左上にアドレスを入力すると、ちょうど100バイト、メモリが確保されています。

C__Users_uedat_source_repos_ConsoleApplication2_Debug_ConsoleApplication2.exe 2019-01-02 04.19.24.png

コンソールが起ち上がるので、好きな文字列を入れてEnterしましょう。

ConsoleApplication2 (Debugging) - Microsoft Visual Studio 2019-01-02 04.21.02.png

おお、入っています。

C__Users_uedat_source_repos_ConsoleApplication2_Debug_ConsoleApplication2.exe 2019-01-02 04.22.10.png

コンソールにも出力されました。

ConsoleApplication2 (Debugging) - Microsoft Visual Studio 2019-01-02 04.23.07.png

メモリが解放されました。

考察

Visual Studioってすごいんですね(疲れている)。

おまけ

The Weight of the World - YouTube

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